Цивилизация
Исследователи разработали новаторскую схему работы теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) – тепловых электростанций, которые наряду с электричеством производят тепло для отопления и горячего водоснабжения. Статья о разработке опубликована в ;журнале Energy Procedia. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Более 45% всего ископаемого топлива в России тратится на теплоснабжение жилых районов и промышленных объектов. Наиболее эффективный способ производства тепла в российском климате – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Тепло от сжигаемого топлива на них используется для превращения воды в пар, приводящий в действие турбину, которая обеспечивает производство электроэнергии. В отопительный сезон часть пара из турбины используется для теплоснабжения.
Ученые из Института систем энергетики имени Л. А. Мелентьева Сибирского отделения РАН в Иркутске предложили способ сокращения необходимого для работы ТЭЦ количества топлива за счет энергии ветра. Соединение ветрогенератора с паротурбинной ТЭЦ может стать эффективным вариантом включения возобновляемого источника энергии в традиционную энергосистему. Обычно в подобных ситуациях предполагается, что произведенная энергия сразу направляется в общую энергосеть. При таком подходе зависимость потока энергии от силы ветра нередко приводит к нестабильности всей системы, и требуется установка на ветрогенератор дополнительных компенсирующих или стабилизирующих устройств.
Авторы предложили альтернативный вариант: ветрогенератор не работает параллельно с ТЭЦ и не подменяет ее, а напрямую включается в цикл ее работы. Электроэнергия с ветрогенератора направляется на перегрев пара, полученного за счет сжигания топлива в котле. Это позволяет не тратить на перегрев пара дополнительное топливо, как это происходит в традиционной схеме ТЭЦ. Кроме того, избыток электроэнергии с ветрогенератора можно направить на предварительный разогрев воды и за счет этого еще больше сократить расход топлива. Если же ветер ослабевает и производимой энергии не хватает для перегрева пара, включается резервный источник энергии – аккумулятор любого типа или энергоустановка на органическом топливе. Таким образом, производство электричества и тепла при этом останется независимым от изменений в силе ветра. Ветрогенератор может работать совместно не только с паротурбинной, но и с более эффективной парогазовой ТЭЦ: в этом случае электроэнергия ветроустановки может использоваться при подогреве сжатого воздуха для газовой турбины. Описанная разработка защищена патентом.
Расчеты авторов показывают, что включение в схему ТЭЦ ветрогенератора мощностью 500 кВт позволить экономить в год до 187 тонн дизельного топлива или 380 тонн угля даже при небольшой среднегодовой скорости ветра 6 м/с. Если средняя скорость ветра составит 10 м/с, то будет сэкономлено до 468 тонн дизельного топлива или 950 тонн угля. Количество выбросов углекислого газа в атмосферу при этом сократится на 1500 тонн в год.
«Предлагаемая технология позволяет как выдавать высококачественную электроэнергию независимо от изменения силы ветра, так и существенно снизить потребление органического топлива на ТЭЦ или котельных. Это поможет сэкономить затраты и снизить выбросы СО2, – говорит ведущий автор статьи старший научный сотрудник Института систем энергетики имени Л. А. Мелентьева СО РАН Иван Постников. — Вместе с тем схема не исключает передачу электроэнергии от ветроустановок в энергосистему, что делает ее универсальной и маневренной. По нашим оценкам, срок окупаемости такого гибридного энергоисточника мощностью 500 кВт не превышает пять лет при среднегодовой скорости ветра 10 м/с. Мы планируем продолжать исследования по гибридным энергосистемам с внедрением возобновляемых источников энергии и традиционных технологий. В частности, с применением воздухоаккумулирующих газотурбинных установок, различных типов и конструкций ветрогенераторов, их использованием для получения водорода и так далее».
